Номер 4, страница 117 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Гравитационные явления. Параграф 27. Перегрузки и невесомость. Вопросы - номер 4, страница 117.

Условие.

4. Какие силы действуют на космонавта в стартующей ракете? Как они направлены? Какая из них больше? Сделайте соответствующий рисунок.

Решение.

4. Какие силы действуют на космонавта в стартующей ракете? Как они направлены? Какая из них больше? Сделайте соответствующий рисунок.

На космонавта в стартующей ракете, которая движется с ускорением вертикально вверх, действуют две основные силы:

1. Сила тяжести ($F_{тяж}$): это сила притяжения космонавта к Земле. Она всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли. Ее модуль равен $F_{тяж} = mg$, где $\text{m}$ — масса космонавта, а $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

2. Сила реакции опоры ($\text{N}$): это сила, с которой кресло давит на космонавта, не давая ему «провалиться» сквозь ракету. Она направлена перпендикулярно поверхности кресла, то есть вертикально вверх.

Чтобы определить, какая из сил больше, применим второй закон Ньютона. Поскольку ракета стартует, она имеет ускорение $\text{a}$, направленное вверх. Равнодействующая всех сил, действующих на космонавта, равна произведению его массы на ускорение: $F_{равн} = ma$.

Равнодействующая сила является векторной суммой силы реакции опоры и силы тяжести. Так как они направлены в противоположные стороны, ее модуль равен разности их модулей: $F_{равн} = N - F_{тяж}$.

Подставляя выражения, получаем: $ma = N - mg$.

Отсюда выразим силу реакции опоры: $N = mg + ma = m(g + a)$.

Поскольку при старте ускорение ракеты $a > 0$, то очевидно, что $m(g + a) > mg$. Следовательно, $N > F_{тяж}$. Сила реакции опоры больше силы тяжести. Именно эту возросшую силу реакции опоры космонавт ощущает как перегрузку.

Соответствующий рисунок: можно схематически изобразить космонавта как точку. От этой точки вверх направлена длинная стрелка (↑), обозначающая силу реакции опоры $\text{N}$. Вниз от точки направлена короткая стрелка (↓), обозначающая силу тяжести $F_{тяж}$. Вектор ускорения $\text{a}$ также направлен вверх.

Ответ: На космонавта в стартующей ракете действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры со стороны кресла, направленная вертикально вверх. Поскольку ракета движется с ускорением вверх, сила реакции опоры больше силы тяжести.